Transcript 高分子材料专业实验
高分子材料专业实验 实验一 偏光显微镜法观察聚合物球晶形态 一、实验目的 二、实验原理 三、仪器与试剂 四、实验步骤 五、数据处理 六、回答问题及讨论 高分子材料专业实验 一、实验目的 • 1.了解偏光显微镜的基本结构和原理。 • 2.掌握偏光显微镜的使用方法和目镜分度尺 的标定方法。 • 3．学习用熔融法制备聚合物球晶，观察聚 合物的结晶形态，并测量聚合物的球晶半 径。 高分子材料专业实验 二 、实验原理 用偏光显微镜观察球晶的结构是根据聚合物球晶具 有双折射性和对称性。当一束光线进入各向同性 的均匀介质中，光速不随传播方向而改变，因此 个方向都具有相同的折射率。而对于各向异性的 晶体来说，其光学性质是随方向而异的。当光线 通过它时，就会分解为振动平面互相垂直的两束 光，它们的传播速度除光轴外，一般是不相等的， 于是就产生两条折射率不同的光线，这种现象称 之为双折射。晶体的一切光学性质都是和双折射 有关。 高分子材料专业实验 二 、实验原理 • 偏光显微镜是研究晶体形态的有效工具之一，许 多重要的晶体光学研究都是在偏光镜的正交场下 进行的，即起偏镜与检偏镜的振动平面相互垂直。 在正交偏光镜间可以观察到球晶的形态，大小， 数目及光性符号等。 • 分子链的取向排列使球晶在光学性质上是各向异 性的，即在平行于分子链和垂直于分子链的方向 上有不同的折射率。在正交偏光显微镜下观察时， 在分子链平行于起偏镜或检偏镜的方向上将产生 消光现象，呈现出球晶特有的黑十字消光图案(图 1）。 高分子材料专业实验 二 、实验原理 用偏光显微镜观察聚合物球晶，在一定条件 下，球晶呈现出更复杂的环状图案，即在特征的 黑十字消光图象上还重叠着明暗相间的消光同性 圆环, 这可能是晶片周期性扭转产生的,见图2。 图1 全同立构聚苯乙烯球晶的 偏光显微镜照片 图2 带消光同心圆环的聚乙烯 球晶偏光显微镜照片 高分子材料专业实验 三、仪器与试剂 仪器: 偏光显微镜（图3）；熔融装置；结晶装置；镊子；载玻 片；盖玻片。 试剂:聚丙烯 高分子材料专业实验 三、仪器与试剂 8. 物镜 10. 目镜 7.载物台 11. 勃氏镜调节手轮 6. 聚光镜 9. 检偏器 5. 起偏器 3. 粗动调焦手轮 2. 视场光阑 4.微动调胶手轮 图3偏光显微镜结构示意图 1. 仪器底座 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • 1．显微镜调整 • 选择合适的放大倍数的目镜和物镜，目镜 需带有分度尺，把载物台显微尺放在载物 台上，调节焦距至显微尺清晰可见，调节 载物台使目镜分度尺与显微尺基线重合。 显微尺长1.00mm，等分为100格，观察显 微尺1mm占分度尺几十格，即可知分度尺1 格为多少mm。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • 2．样品制备 • 首先将一粒聚丙烯粒料放在已于240~260℃电炉 热台上恒温的石英载玻片上，待底部样品熔融后 (样品完全透明)，拿掉没有熔融的粒料，于熔融 样品上加上另一盖玻片，观察样品呈现为水滴状 后，加压成膜保温2分钟，然后在5分钟内将热台 温度降到150℃，样品在l 50℃电炉热台上保温8分 钟，然后使样品在热台上降温冷却到室温。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • 3．聚丙烯的结晶形态观察 • 将制备好的样品放在载物台上，在正交偏 振条件下观察球晶形态，读出相邻两球晶 中心连线在分度尺上所占的格数，将格数 乘以mm/格（已经过显微尺标定）即可估算 出球晶直径。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 聚丙烯颗粒 以45°斜角 盖上另外一 片载玻片 观察显微镜下球晶 的形态并估算其半 径 载玻片 电热炉 偏光显 微镜 高分子材料专业实验 五、数据处理 • 1.画出用偏光显微镜所观察到的球晶形态示 意图。 • 2.计算球晶直径。 高分子材料专业实验 六、回答问题及讨论 • 1．简绘实验所观察到的球晶形态示意图图。 • 2.写出显微尺标定目镜分度尺的标定关系及 所测球晶半径分度尺的格数，计算所测球 晶半径大小。 • 3．结合实验讨论影响球晶生长的主要因素 和实验中应注意的问题。 高分子材料专业实验 实验二 粘度法测定高分子溶液的相对分子质量 一、实验目的 二、实验原理 三、仪器与试剂 四、实验步骤 五、数据处理 六、回答问题及讨论 14 高分子材料专业实验 一、实验目的 • 1．掌握毛细管粘度计测定高分子溶液相 对分子质量的原理。 • 2．学会使用粘度法测定特性教粘度 。 15 高分子材料专业实验 二、实验原理 溶液的特性粘数定义为： sp ln r [ ] lim lim C 0 C C 0 C 当温度和溶剂一定时，同一聚合物的特性粘数与 其分子量之间的关系可用MH方程表示，即： [ ] KM 16 高分子材料专业实验 二、实验原理 [ ] KM 在一定的分子量范围内，K、是与分子量无关的 常数。因此，测得[]值后，便可计算分子量。 17 高分子材料专业实验 二、实验原理 在稀溶液范围内，粘数和对数粘数与溶液浓度之 间的关系，可用两个近似的经验方程来表示： Huggins方程： Kraemer方程： sp C [ ] [ ] C 2 ln r [ ] [ ] 2 C C 这样就可用外推法求出聚合物的特性粘数。 18 高分子材料专业实验 二、实验原理 溶液的粘度一般用毛细管粘度计来测定，最常用 的是乌氏粘度计，其结构下图所示。 19 高分子材料专业实验 二、实验原理 如果液体在重力的驱使下发生稳定的层流，而且 流体的动能可以忽略不计，则溶液的相对粘度可 由流出时间按下式计算： t r 0 t0 由相对粘度可进一步计算出溶液的粘数和对数粘 数，并得到特性粘数。 20 高分子材料专业实验 二、实验原理 如果需要快速测定分子量，或者测定大量同品种 的样品，则可以使用一点法，即在一个浓度下测 定粘数，然后直接计算出[]值。 一点法常用的计算公式有两个： 1 k （1）如果 2 ，则： [ ] [2( sp ln r )] 1 2 C sp ln r （2）令 ，则： [ ] (1 )C k 21 高分子材料专业实验 三、仪器与试剂 1．主要试剂 聚乙烯醇稀溶液(0.1％)，蒸馏水。 2．主要仪器 乌氏毛细管粘度计(如图2所示) 恒温装置(玻璃缸水槽、加热棒、控温仪、搅拌器)，秒表 (最小单位0.01s)，吸耳球，夹子，2000mL容量瓶， 500mL烧杯，砂芯漏斗(#5)。 22 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • 1．溶液配制 • 取洁净干燥的聚乙烯醇样品，在分析天平 上准确称取2.000g±0.001g，溶于500mL 烧杯内(加纯溶剂200mL左右)，微微加热， 使其完全溶解，但温度不宜高于60℃，待 完全溶解后用砂芯漏斗滤至2000mL容量 瓶内(用纯溶剂将烧杯洗2—3次滤入容量 瓶内)，稀释至刻度，反复摇匀后待用。 23 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • 2．安装粘度计 • 将干净烘干的粘度计，用过滤后的纯溶剂 洗2~3次，然后将过滤好的纯溶剂从A管加 入至F球的2/3~3/4，再固定在恒温 30.0℃±0.1℃的水槽中，使其保持垂直， 并尽量使E球全部浸泡在水中，最好使a、 b两刻度线均没入水面以下(如图3所示)。 安装时除注意垂直外，还应注意固定的是 否牢固，在测量的过程中不至引起数据的 24 误差。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • 3．纯溶剂流出时间t0的测定 • 恒温10~15min后，开始测定。闭紧C管上 的乳胶管，用吸耳球从B管口将纯溶剂吸 至G球的一半，拿下吸耳球打开C管，记 下纯溶剂流经a、b刻度线之间的时间t0， 重复几次测定，直到出现三个数据，两两 误差小于0.2s，取这三次时间的平均值。 25 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • 4．溶液流经时间t的测定 • 将毛细管内的纯溶剂倒掉，用溶液润洗1~2次，加入 溶液至F球的2／3~3／4，固定在水槽中，恒温15min 左右，开始测定。闭紧C管上的乳胶管，用吸耳球从B 管口将溶液吸至G球的一半(注意B管中溶液表面不能 有汽泡，若有汽泡可从B管上方将其吸出)，拿下吸耳 球打开C管，记下溶液流经a、b刻度线之间的时间t， 重复几次测定，直到出现三个数据，两两误差小于 0.2s，取这三次时间的平均值。 26 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • 5．整理工作 • 倒出粘度计中的溶液，倒入纯溶剂，将其吸 至a线上方小球的一半清洗毛细管，反复几 次，倒挂毛细管粘度计以待后用。 27 高分子材料专业实验 五、数据处理 l.测得数据记入下表 记录 次数 t0 t r sp [] 平均 28 高分子材料专业实验 五、数据处理 2．聚乙烯醇在水溶液中，30℃时K＝42.8×10-3， [ ] K M ＝0.64，根据 求出 。M 29 高分子材料专业实验 六、回答问题及讨论 • • • • 1.乌贝路德粘度计中支管C有何作用？除去支管C是 否可测定粘度? 2.粘度计的毛管太粗或太细有什么缺点? 3.用乌氏粘度计测量溶液的流出时间时，为什么要 打开C管的夹子使毛细管末端通大气？如果不打开， 对流出时间测定会有什么影响？影响流出时间测定 准确性的因素有哪些？ 4.利用粘度法测定高聚物分子量的局限性如何？适 用的分子量范围是多大？ 30 高分子材料专业实验 实验三 GPC法测聚合物的分子量 及分布 一、实验目的 二、实验原理 三、仪器与试剂 四、实验步骤 五、数据处理 六、回答问题及讨论 高分子材料专业实验 一、实验目的 • 1. 了解凝胶渗透色谱法(GPC)的基本原理。 • 2. 掌握GPC法测定聚合物的分子量及分子 量分布的实验技术及数据处理。 高分子材料专业实验 二、实验原理 1964年，由J.C.Moore首先研究成功。 不仅可用于小分子物质的分离和鉴定，而 且可以用来分析化学性质相同分子体积不 同的高分子同系物。(聚合物在分离柱上按 分子流体力学体积大小被分离开） 高分子材料专业实验 二、实验原理 分离原理 • 体积排除 • 限性扩散 • 流动分离 高分子材料专业实验 二、实验原理 分离原理 体积排除色谱(SEC) (Size Exclusion Chromatography) 让被测量的高聚物溶液通过一根内装不同孔径的色 谱柱，柱中可供分子通行的路径有粒子间的间隙（较大） 和粒子内的通孔（较小）。当聚合物溶液流经色谱柱时， 较大的分子被排除在粒子的小孔之外，只能从粒子间的 间隙通过，速率较快；而较小的分子可以进入粒子中的 小孔，通过的速率要慢得多。经过一定长度的色谱柱， 分子根据相对分子质量被分开，相对分子质量大的在前 面（即淋洗时间短），相对分子质量小的在后面（即淋 洗时间长）。 高分子材料专业实验 二、实验原理 分离原理 自试样进柱到被淋洗出来，所接受到的 淋出液总体积称为该试样的淋出体积。 当仪器和实验条件确定后，溶质的淋出 体积与其分子量有关，分子量愈大，其 淋出体积愈小。 高分子材料专业实验 三、仪器与试剂 1.GPC仪主要由输液系统(柱塞泵)、进样器、色谱 柱、浓度检测器、分子量检测器及一些附属电子 仪器组成。 2.另需有lmL注射针管1支、停表1个、10mL量筒1 个、25mL小三角瓶40个、722型分光光度计1台 (连比色皿)、电磁搅拌器1台、自动滴定管1支、聚 乙酸乙烯标样(已测Mw及Mn)、未分级聚乙酸乙烯 样品、丙酮、水等。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • 1．装柱 • 选择适当的多孔填料充填入色谱柱中，装 填方法有以下两种，任选其中一种。 • (1)干法装柱。把已干燥、过筛的NDG硅 凝胶，在振动下均匀地装入色谱柱中，并 多次墩实。用真空泵抽去其中的空气，然 后从溶剂贮瓶放人溶剂。再抽走溶剂，放 人溶剂。如此反复几次，以除去凝胶孔内 的空气，最后色谱柱充满洗提液。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • (2)湿法装柱。此法适用于有机凝胶。配制 混合液体，使其密度与凝胶密度相等，然 后与凝胶搅拌成浆状，并除去凝胶中的空 气，用泵输入色谱柱中。 • 色谱柱装好后用淋洗液淋洗1～2d，以除 去杂质，并使色谱柱性能稳定，然后测定 柱效。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • 2. 色谱柱的标定 • GPC是一种相对方法，所得谱图只能作为 样品分子量分布的相对比较，因为实验条 件(如温度、溶剂、凝胶孔径分布及装柱技 术)均影响谱图的形状及位置，要将谱图转 换成试样真实的分子量分布，必须做校正 曲线。可用以下两种方法进行标定。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • (1)窄分布标样标定法。将待测聚合物(聚乙 酸乙烯酯)用薄膜浸泡溶解分级，所得窄分 布的各级分，分别测定其特性粘度及分子量。 将7～8个窄分布的样品分别配成质量分数 为0.5％丙酮溶液，按下述GPC谱图测定步 骤分别进行淋洗。得到一系列GPC谱图。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • (2) 宽分布标样标定法。将聚乙酸乙烯经重 沉淀提纯两次，烘干恒重后，用光散射法测 得Mw＝9.3×105，用膜渗透压法测得Mn＝ 4.9×105。将此标样配成质量分数为0.5％ 的丙酮溶液，按下述GPC谱图测定步骤进 行淋洗，求得标样的GPC谱图。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • 3. 聚乙酸乙烯试样GPC谱图的测定 • (1)流速测定。打开色谱柱下端活塞，用停 表测量色谱柱的平均流速(以虹吸管每秒表 示)。 • (2)测虹吸管体积。用小量筒收集5虹吸管淋 洗液，计算虹吸管的平均体积(mL)。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • (3)进样。用lmL。注射针筒吸取0.3mL质量 分数为0.5％聚合物溶液，从色谱柱的顶端 (先移开溶剂贮瓶)插入凝胶层约lcm处，待 下端虹吸管刚好溢流时注入试样，放上溶剂 贮瓶，打开活塞开始淋洗。 • (4)收集。用小三角瓶依次收集各次虹吸的 溶液，并在小三角瓶上标明淋洗级分数。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 • (5)检测。各级分溶液中聚合物含量用浊度计检测。 依次将收集的各级分溶液在电磁搅拌下加入l～1.2 倍(体积比)沉淀剂，放置15min，用722型分光光 度计在一定波长测定光密度Di，以同样比例的溶 剂与沉淀剂混合物作参比。直至所收集到的溶液 加沉淀剂后无浊度为止。 • (6)实验结束后关闭柱下端活塞，在溶剂贮瓶中补 加溶剂。色谱柱需注意维护，防止空气进入柱内。 高分子材料专业实验 五、数据处理 实验报告记录包括：色谱柱编号、柱长、柱体积、 虹吸管体积及流速，所用凝胶及其渗透极限，试样 种类、浓度及进样量，淋洗液、沉淀剂，测试温度 等。 高分子材料专业实验 五、数据处理 1.作GPC谱图 以光密度Di为纵坐标，淋洗体积Ve(或级分数) 为横坐标作图(见图1)。 图1 GPC谱图 高分子材料专业实验 五、数据处理 2.作校正曲线 (1)窄分布标样峰值标定法。用实验得到的各窄 分布标样的分子量对本实验所测GPC谱图峰值对 应的淋洗体积作图，由直线的截距和斜率得校正 方程中的特征常数A、B。 (2)普适校正方程及转换。一般高聚物窄分布标 样不易得到，目前只有聚苯乙烯可用阴离子聚合 法得到窄分布标样。可用聚苯乙烯标样对色谱柱 进行标定，并以流体力学体积表示，可得到普适 校正方程 (3)宽分布标样校正法。 高分子材料专业实验 五、数据处理 3. 计算试样的分子量，画出积分分布曲线及微分 分布曲线 实验得到的GPC谱图，可以粗略地估计样品的分 子量的大小、分布的宽窄以及有无杂质等性质。要 得到定量数据，则需要对谱图进一步处理。 高分子材料专业实验 五、数据处理 4. GPC峰加宽效应及分子量计算值的修正 一个单分散的试样流经色谱柱后，由于加宽效应 的存在，实际上得到的不是一条直线，而是一个有 一定峰宽的色谱峰，因而需要进行加宽改正。比较 简单的加宽改正办法，是把GPC谱图看成一个正 态分布函数。谱图所得的表观半峰宽由试样的真实 分布峰宽σ真和由于色谱柱加宽效应所造成的加宽 部分的峰宽σ加组成。 高分子材料专业实验 六、回答问题及讨论 • • • • 1. GPC的分离机理与气相色谱有什么不同？ 2. GPC能够获得哪些类型的分子量相关的参数， 为什么？ 3. 温度、溶剂的优劣对高聚物的色谱图有什么 影响？ 4..讨论进样量、色谱柱的流速对实验结果有无 影响？ 高分子材料专业实验 实验四 傅里叶红外表征有机物结构 一．实验目的 二．实验原理 三．实验仪器 四．实验步骤 五．结果处理 高分子材料专业实验 一、实验目的 1. 了解红外光谱分析法的基本原理。 2. 初步掌握红外光谱试样的制备和简易红外光 谱仪的使用。 3. 初步学会查阅红外光谱图和剖析、定性分析 聚合物。 高分子材料专业实验 二、实验原理 按照量子学说。当分子从一个量子态跃迁到另 一个量子态时，就要发射或吸收电磁波，两个量 子状态间的能量差AE与发射或吸收光的频率，之 间存在如下关系。 ΔE＝hν 式中，h为普朗克(Planck)常数，等于6.626X1034J·s。 高分子材料专业实验 二、实验原理 红外光谱的波长在2—50μm之间。因为红外光量 子的能量较小，当物质吸收红外区的光量子后， 只能引起原子的振动和分子的转动，不会引起电 子的跳跃，因此不会破坏化学键，而只能引起键 的振动，所以红外光谱又称振动转动光谱。红外 发射光谱很弱，通常测量的是红外吸收光谱。 每种基团、每种化学键都有特殊的吸收频率组， 犹如人的指纹一样。所以可以利用红外吸收光谱 鉴别出分子中存在的基团、结构的形状、双键的 位置、是否是结晶以及顺反异构等结构特征。 高分子材料专业实验 二、实验原理 高分子材料专业实验 二、实验原理 高分子材料专业实验 三、实验仪器 SP1100光栅色散型，5DX—FTIR：干涉型的红外 光谱仪。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 l. 试样制备 （1）成品薄膜 （2）溶液铸膜 （3）热压成膜 （4）涂卤化物晶片法 2. 红外光谱图的测绘 高分子材料专业实验 五、结果处理 从测绘得到的红外光谱图上找出主要基团的特 征吸收，与标准光谱图对照，分析鉴定试样属何种 聚合物。 高分子材料专业实验 实验五 聚合物的差热分析 一．实验目的 二．实验原理 三．仪器和试样 四．实验步骤 五．数据处理 六．思考题 高分子材料专业实验 一、实验目的 1. 通过用CDR—4P差动热分析仪测定聚合物 的加热及冷却谱图，了解DTA、DSC的原理。 2. 掌握应用DSC测定聚合物的Tg、Tc、Tm、 ΔHf及结晶度fc的方法。 高分子材料专业实验 二、实验原理 1. 通过用CDR—4P差动热分析仪测定聚合物 的加热及冷却谱图，了解DTA、DSC的原理。 2. 掌握应用DSC测定聚合物的Tg、Tc、Tm、 ΔHf及结晶度fc的方法。 高分子材料专业实验 二、实验原理 差热分析(differential thermal analysis，DTA)是程序控温 的条件下测量试样与参比物之间温度差随温度的变化，即 测量聚合物在受热或冷却过程中，由于发生物理变化或化 学变化而产生的热效应。物质发生结晶熔化、蒸发、升华、 化学吸附、脱结晶水、玻璃化转变、气态还原时就会出现 吸热反应；当发生诸如气体吸附、氧化降解、气态氧化 (燃烧)、爆炸、再结晶时就产生放热反应；当涉及结晶形 态的转变、化学分解、氧化还原反应、固态反应等就可能 发 生 放 热 或 吸 热 反 应 。 差 示 扫 描 量 热 法 (differential scanmng calorimetry，DSC)是在DTA的基础上发展起来 的，其原理是检测程序升降温过程中为保持样品和参比物 温度始终相等所补偿的热流率dH/dt随温度或时间的变化。 高分子材料专业实验 二、实验原理 高分子材料专业实验 二、实验原理 高分子材料专业实验 二、实验原理 高分子材料专业实验 二、实验原理 高分子材料专业实验 三、实验仪器和试样 1. 仪器 CDR－4P差动热分析仪，上海天平仪器厂生产。 仪器由差热放大单元、差动热补偿单元、微机温 控单元，可控硅加热单元、数据站接口单元、电 炉、PC机及打印机8个部分组成。 2. 待测样品 聚乙烯、聚丙烯、非晶态聚对苯二甲酸乙二醇酯 等。参比物为α－Al2O3。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 1. 仪器准备：按照仪器说明书的要求对仪器进行检查，做好准 备工作，使仪器处于正常状态。 2. 从面板下方到上方依次打开仪器电源，预热20min。 3. 准确称取15mg左右α－Al2O3为参比，再称取相当质量的待 测聚合物。打开炉子的上盖将样品和参比分别放入样品支架 的左右两侧托盘，盖好炉盖。 4. 可选择所需的测试气氛，调节好气体流量。 5. 调节仪器测试条件。升温速率（一般10℃/min）和温度范围 (20-300℃) 6. 根据测试要求，选择适当的升温方式和速度编制程序。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 7. 启动计算机DSC热分析软件，出现“数据采样程序”界面， 点击“采样设置”，设置好样品名称、质量、升温速度等相 关参数，然后开始采样。 8. 升温至所需值后，按电炉停止按钮，结束升温。然后，按住 “∧”键，直到SV屏幕显示“STOP”时再松手。 9. 按“曲线”菜单下的“保存”，将DSC曲线保存好。 l0. 将电炉升高，用电吹风吹冷风使电炉降至室温，则可进行下 一个样品的测试。 11. 测试完毕，依次关闭打印机、数据处理微机、数据站接口 单元、差动热补偿单元、差热放大单元、微机温控单元(可控 硅加热单元)电源开关。 12. 关闭气体阀门及冷却水。 高分子材料专业实验 五、数据处理 调出保存的DSC曲线后，即可数据处理。具体步骤如下。 1. 在“数据采样程序”界面中，点击“分析”菜单下的“曲 线分析”选项，出现“曲线/选项/报告框”界面时，点击 “打开”文件图标，双击打开选定曲线。 2. 点击“处理”菜单下的“设置”选项，选择“常规处理” 或“玻璃化转变温度”，输入需处理的“待处理峰数”， 按“确定”键。 3. 分别点击起点、终点图标，用鼠标确定待处理峰的起点、 终点，然后点击“处理”菜单中的“计算”，得到该峰的 熔融温度、焓变值等处理结果。 4. 点击“报告”菜单中的“打印选择”，勾选“图谱/DSC/ 标志/T/结果”，按“确认”键即开始打印结果。 高分子材料专业实验 六、思考题 DSC与DTA 有什么主要差别？ 影响DSC的主要因素有哪些？测试同一组试样时 如何保持测试条件的一致性？ 在DSC图谱上如何辨别Tm、Tc、Tg? 高分子材料专业实验 实验六 聚合物的蠕变 一．实验目的 二．实验原理 三．仪器与装置 四．实验步骤 五．数据处理 六．思考题 高分子材料专业实验 一、实验目的 • 通过对聚合物蠕变现象的观察，研究聚合物的粘 弹性能并测定聚合物的本体粘度。 高分子材料专业实验 二、实验原理 蠕变是静态粘弹性表现形式之一，是在较小的恒 定外力（如拉伸、压缩或切变等力）作用下，材 料的形变随时间的增加而发展的现象。 高分子材料专业实验 二、实验原理 聚合物的蠕变曲线 高分子材料专业实验 二、实验原理 聚合物普弹形变-时间曲线 高分子材料专业实验 二、实验原理 聚合物塑性变形-时间曲线 高分子材料专业实验 三、仪器与装置 1. 仪器 精度为±0.5℃的超级恒温水浴； 差动变压器及SW—1型微位移 测量仪；XWC-210A型慢速记 录仪；恒温玻璃夹套及夹具。 2. 实验装置 高分子材料专业实验 四、实验步骤 1. 开启恒温水浴，调节接触温度计到所需要的温度 (PVC膜：35℃±1℃)。 2. 把微位移测量仪电源及记录仪中笔1、笔2开关拨通， 此时记录纸卷开关暂断开，使仪器稳定15min。 3. 切取边缘平整的PVC膜，宽为0.5cm，长为1.5cm， 并用千分尺(或百分表)测其厚度，准确至0.001cm。 4. 将样品下夹和砝码托连同差动变压器铁芯及砝码一 起称量，为施加的总负荷。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 5. 将已量好尺寸的PVC膜夹在上下夹具中，使两夹中间长度约为 2mm，但需量准，待达到所需温度恒温时，把样品挂入玻璃夹套 内，调节位移测量仪的灵敏度，位移计灵敏度(放大倍数)取决于使 用工作条件，放大倍数随励磁电压增大而增加，随衰减增大而减 小。如励磁电压3V，衰减2即放大80倍；励磁电压5V，衰减2即放 大125倍。因此要先对固定的差动变压器和微位移计先做一个校正 倍数，为数据处理使用。本实验使励磁电压置于3V，衰减置于2， 测量范围置于2V，然后，挂上差动变压器。并上、下调节差动变 压器至铁芯线性范围。使记录笔位于记录仪一端作为始点。 6. 接通记录仪的记录纸卷开关，选择走纸速度为120mm／h。 7. 样品恒温5min后，挂上砝码，记录仪立即开始记录蠕变曲线。 8. 当记录纸上应变与时间关系呈线性时(约2h)，取下砝码做回复曲线 （约30min)停止实验，关闭仪器的所有电源。 高分子材料专业实验 五、数据处理 从所记录下的形变—时间图中根据直线部分的斜 率及施加的应力求出本体粘度。 ‘ /(放大倍速 样品夹中间长度) 斜率＝ t 式中，ε`是记录曲线直线部分用尺量出的长度， cm，参看图1-1；Δt从记录仪走纸速度算出，s； “放大倍速”即表示记录曲线形变是试样实际形变 的倍数。 高分子材料专业实验 六、思考题 聚合物蠕变有什么实际意义？ 对于交联聚合物，形变-时间曲线是怎么样？ 形变达到恒稳流动后，蠕变曲线在不同形变值下 除去负荷会发生什么样的变化？ 高分子材料专业实验 实验七 聚合物流变性能测定 一．实验目的 二．实验原理 三．实验仪器与试样 四．实验步骤 五．数据处理 六．思考题 高分子材料专业实验 一、实验目的 1．了解高聚物流体的流动特性。 2．掌握用毛细管流变仪测定高聚物熔体流动特 性的实验方法和数据处理方法。 3．掌握熔融指数仪的使用方法和数据评估。 高分子材料专业实验 二、实验原理 高聚物流体多属非牛顿流体，满足下式： n D 式中，D为切变速率，也可用dν／dt表示，ν为应变，σ为 切应力；σν为屈服切应力；n为非牛顿指数；η为粘度。 当n＝l，σv=0时，即变成牛顿粘性流动，满足下式： D＝σ/η 用毛细管流变仪可以方便地测定高聚物熔体的流动曲线。 高分子材料专业实验 二、实验原理 高分子材料专业实验 三、实验仪器与试样 1. 仪器 XLY－II型流变 仪，毛细管 (R＝0.25mm， L＝0.36mm； R＝0.5mm， L＝40mm)。 2. 试样 聚苯乙烯、 聚丙烯、涤纶。 高分子材料专业实验 四、实验步骤 1．试样处理 试样在测定流动曲线前先进行真空干燥2h以上，以除去水分及其他挥发性杂质。 2．流动速率曲线的测定 (1) 选择适当长径比的毛细管，从料筒下面旋上料筒中，并从料筒上面放进柱塞。 (2) 按照XLY-Ⅱ型流变仪使用说明书接通控制器及记录仪的电源。置走纸速度为 30cm/h。 (3) 选择实验温度(本实验依试样不同可选择190℃、230℃、260℃、320℃、 330℃)和升温速度。 (4) 待温度恒定后，从料筒中取出柱塞，放人约2g试样，放进柱塞，并使压头压紧 柱塞。恒温10min后加压，记录流变速率曲线。 (5) 改变负荷，重复上述操作。每个温度共做5～6个不同负荷下的流变速率曲线。 再改变温度，重复上述操作。 (6) 实验结束后，停止加热。乘热卸下毛细管，并用绸布擦拭清干净毛细管及料筒。 高分子材料专业实验 五、数据处理 1. σw，Dw，Dw改正，ηa的计算 2. 绘制流动曲线 高分子材料专业实验 六、思考题 如何从流动曲线上求出零剪切粘度η0? 并讨论η0与 聚合物分子参数的关系. 测定表观粘流活化能△Eη有何实际意义? 高分子材料专业实验 实验八 聚合物的电性能测定 一．实验目的 二．实验原理 三．实验仪器 四．实验步骤 五．数据处理 六．思考题 高分子材料专业实验 一、实验目的 1. 掌握聚合物体积电阻系数和表面电阻系数的测 试方法。 2. 比较极性与非极性聚合物的电阻系数数值范围。 高分子材料专业实验 二、实验原理 聚合物可以通过两个方式导电，即通过表面或通过 内部体积，前者称为表面电阻，后者称为体积电 阻。—般聚合物的体积电阻比表面电阻来得大，这 是因为表面容易积聚灰尘或水汽等。通常所说聚合 物的绝缘电阻是指它的体积电阻。 试样的体积电阻系数为 S v Rv d 试样的表面电阻系数为 s Rs l b 高分子材料专业实验 二、实验原理 高分子材料专业实验 三、实验仪器 1. 仪器 国产超高阻计 zc36型1017Ω 高分子材料专业实验 四、实验步骤 1. 试样准备 2. 测试前仪器准备 3. 测试 高分子材料专业实验 五、数据处理 1. 体积电阻系救 按下式计算体积电阻系数： 式中，d为试样厚度，S为测量电极的面积（cm2）。本实验所用测量电极 半径r为2.5cm。 2. 表面电阻系数 表面电阻系数按下式计算： 式中D2为保护电极内径，本实验所用电极的D2为5.4；D1是测量电极的直 径。 高分子材料专业实验 六、思考题 影响聚合物电阻测定的因素有哪些? 用电性能研究结构有何优点? 如何避免受电击?